Boj se vzduchem v otopných a chladicích soustavách – pokračování z č. 8/2016
Proč je důležitý obsah dusíku?
Vyhodnocení výsledků měření ukázalo, že dusík je rozhodující složkou dostávající se z atmosféry do otopných a chladicích soustav (asi 80 % vzduchu je právě dusík). Dusík je inertní plyn a v rozpuštěné formě nám v soustavách nevadí, ale vyloučený ve formě bublin je příčinou zmíněných problémů.
Legenda ke grafu rozpustnosti dusíku:
c) Ideální teoretický stav – přetlak 3 bary při 70 °C v nejvyšších místech soustavy. Pak by byla voda schopna rozpustit téměř 40 mg N2 na litr vody, tedy více než se nám do soustavy dostává s plnicí a doplňovací vodou. K vylučování plynu ve formě bublinek by nedocházelo.
a) Plnění soustavy vodou 10 °C a následný ohřev na 70 °C, obsah N2 v jednom litru vody je 18 mg. Teoreticky bychom v nejvyšším místě museli udržovat přetlak 0,8 baru, aby nedošlo k uvolnění žádného dusíku.
b) Pokud udržujeme v nejvyšším místě přetlak jen 0,5 baru (běžné nastavení u tlakových expanzních nádob a expanzních automatů firmy Reflex), je voda schopná rozpustit při teplotě 70 °C asi 15,4 mg N2 na litr vody. To znamená, že dojde k vyloučení cca 2,6 mg N2 z jednoho litru vody a to jsou asi 2,1 litru N2 z 1 m3, které se nám v otopné soustavě objeví.
To je případ při použití klasické tlakové expanzní nádoby, navrhnuté a nastavené podle zvyklostí firmy Reflex. Avšak při použití našeho expanzního automatu potom přepouštíme vodu do beztlaké nádoby, kde je pouze barometrický tlak, teplotu uvažujme asi 50 °C. Tady, při tlakovém uvolnění, dojde k vyloučení dalších 3,2 mg N2 z jednoho litru a to je asi 2,5 litru N2 z kubíku vody. Odplyněná voda se vrací do soustavy, kde se postupně snižuje koncentrace rozpuštěného plynu. Následně dojde také na již uvolněný plyn z doby najíždění soustavy. Ten se začne v odplyněné vodě rozpouštět a s vodou se dostává do beztlaké nádoby, kde dochází k jeho uvolnění a odstranění ze soustavy. Postupně se soustava dostane do stavu, kdy v ní již žádný volný plyn není a koncentrace rozpuštěného plynu je tak nízká, že ani v nejvyšším místě při přetlaku, který tam naše zařízení udržuje, se žádný neuvolní.
Z toho pro udržování tlaku vyplývá: čím vyšší rozdíl tlaků mezi atmosférickým tlakem v nádobě Variomatu a tlakem udržovaným v soustavě tím účinnější odplynění.
Doporučení:
nastavovací hodnota p0 = pst (bar) + 0,2 bar
Variomat potom pracuje v rozmezí
p0 + 0,3 bar (počáteční tlak pa) a + 0,4 bar (konečný tlak pe)
= pst + 0,5 bar = pst + 0,9 bar
minimálně maximálně
Co se stane s kyslíkem?
Kyslík se však chová jinak než dusík. Intenzivně vyhledává železné materiály, čím jich je víc, tím rychleji a rovnoměrněji s nimi reaguje. Při pokusech bylo prokázáno, že v zařízení vyrobeném výlučně z ocelové trubky s objemem 2 000 litrů došlo k odbourání kyslíku pod hodnotu 0,1 mg na litr za méně než 7 hodin. To je hodnota pro teplovodní vytápění do 100 °C, při které nedochází k žádné, nebo jen k naprosto zanedbatelné korozi. Zjištěné koncentrace rozpuštěného kyslíku ve zkoumaných soustavách výsledku pokusu odpovídají. Hodnoty koncentrace kyslíku ve všech soustavách byly, bez jakéhokoli opatření na úpravu vody, pod hranicí 0,1 mg/litr. To je asi 1/100 jeho koncentrace v povrchové vodě (11 mg/litr) a to potvrzuje, že se kyslík v „ocelové“ soustavě chemickou reakcí velmi rychle odbourá a další opatření na jeho odstranění jsou zbytečná.
POZOR! Důležitý předpoklad je, že v nádobě expanzního zařízení nemá přístup vzduch k hladině vody! V nádobě Variomatu je tato důležitá podmínka splněna protože je v ní vak, ve kterém je voda uskladněna. Propojení vnitřku nádoby s atmosférou je mezi stěnu nádoby a stěnu vaku a k hladině vody se už žádný další kyslík nedostane! V případě, že by vzduch nad hladinou byl, není množství kyslíku, které by se v tomto případě do soustavy dostávalo zanedbatelné. Ve vodě se za barometrického tlaku a uvažované teplotě v nádobě cca 50 °C může rozpustit až 7 mg kyslíku na litr vody. To je mnohonásobně víc, než hodnota 0,1 mg na litr, kterou jsme již zmiňovali. Voda, přepuštěná do nádoby a vystavená působení vzduchu, se začne na tuto hodnotu postupně sytit (samozřejmě to také záleží na době, po kterou je voda v nádobě působení vzduchu vystavena). Potom se voda vrací do soustavy, kyslík začne reagovat a to se stále opakuje.
Technické možnosti pro fyzikální odplynění
1) Odplyňování za provozního tlaku
V mnoha otopných a chladicích soustavách jsou pro odplynění bohužel instalovány mechanické odvzdušňovací nádoby. Tyto mohou odloučit pouze volné, ale žádné rozpuštěné plyny. Existuje několik principů, ale protože jsou instalovány vždy v místech, kde je tlak a vysoká rozpustnost, je tento způsob odplyňování neúčinný. V tomto případě by se v odvzdušňovací nádobě vyloučila pouze část rozpuštěných plynů, pokud by koncentrace přesahovala 30 mg/litr. Ale určitě se 15 mg plynu z každého litru vody vyloučí ve vyšších místech soustavy.
2) Odplyňování za barometrického tlaku
Variomat řízeně přepouští část otopné vody ze soustavy do nádoby, ve které je pouze atmosférický tlak. V nádobě kde je nejnižší tlak v celé soustavě, a tím i nejnižší rozpustnost plynů ve vodě v celé soustavě, je část plynu z vody vyloučena a přes odvzdušňovací armaturu „odfouknuta“ do atmosféry. Díky tomuto tlakovému uvolnění snížíme koncentraci rozpuštěného dusíku v celé soustavě na cca 10 mg/litr (HENRY diagram – 0 barů, 50 °C). Tato hodnota leží pod kritickou koncentrací v nejvyšším bodě, takže nedojde k uvolnění žádného plyn ve formě bublinek. Tím je zamezeno problémům s cirkulací a soustava je chráněna proti erozi.
3) Odplyňování za podtlaku
Servitec je důmyslné doplnění našeho programu expanzních automatů Variomat a je vhodný také pro rekonstrukce stávajících soustav s tlakovými expanzními nádobami, nebo jinými systémy udržování tlaku v soustavě – je to zařízení určené pro automatické odplyňování a doplňování.
Pokračování v Topin č. 2/2017